吳艷*，劉卓，劉夢(mèng)，胡衛(wèi)丹，彭良懷

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基于VR技術(shù)的沉浸式教學(xué)的效果研究和推廣

吳艷1,2*，劉卓1,2，劉夢(mèng)1,2，胡衛(wèi)丹1,2，彭良懷1,2

（1.貴州師范學(xué)院 數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院，貴州貴陽，550018；2.貴州師范學(xué)院 大數(shù)據(jù)科學(xué)與智能工程研究院，貴州貴陽，550018）

基于VR技術(shù)的沉浸式教學(xué)是運(yùn)用VR虛擬現(xiàn)實(shí)仿真技術(shù)，消除在時(shí)間和空間上造成的認(rèn)知阻礙，為師生之間營造一種完全不同于傳統(tǒng)式教學(xué)的交流互動(dòng)方式，以此來豐富學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)，并讓學(xué)生在模擬中對(duì)學(xué)習(xí)有較濃興趣。就國內(nèi)外VR沉浸式教學(xué)的發(fā)展趨勢分析，把VR技術(shù)運(yùn)用到課堂教學(xué)上，打破傳統(tǒng)式的教學(xué)，以此推動(dòng)基于VR技術(shù)沉浸式教學(xué)的研究與推廣，并提出對(duì)未來教育的改革發(fā)展優(yōu)勢。

VR技術(shù)；沉浸式教學(xué)；課堂教學(xué)

引言

科學(xué)技術(shù)日新月異，生活方式正經(jīng)歷著信息化變革，并且影響著人們的邏輯思維和學(xué)習(xí)方式，如從黑板粉筆字到圖像，從教科書到多媒體，從3D到虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等諸多技術(shù)的出現(xiàn)，體現(xiàn)信息網(wǎng)絡(luò)教育與虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）技術(shù)的相結(jié)合對(duì)未來教育發(fā)展的改革。

VR技術(shù)沉浸式教學(xué)是一種綜合應(yīng)用各種高端技術(shù)且有效的模擬人在虛擬現(xiàn)實(shí)自然環(huán)境中各種感知系統(tǒng)的人機(jī)交互技術(shù)方式，并通過人的聽、觸、嗅、等學(xué)習(xí)環(huán)境模擬中使人難以辨認(rèn)出身臨其境在虛擬世界與現(xiàn)實(shí)的感想與體驗(yàn)。

1 VR沉浸式技術(shù)在各高校的教學(xué)優(yōu)勢

1.1 針對(duì)性

基于師生立場的不同，針對(duì)以往傳統(tǒng)教育的教學(xué)方式帶來的局限，對(duì)各高校師生的不同需求情況做出相應(yīng)的處理，利用VR技術(shù)對(duì)一些抽象而不能通過傳統(tǒng)方式（黑板粉筆字、教科書等）理解時(shí)，可以提供虛擬模擬現(xiàn)實(shí)場景，讓學(xué)生能夠在虛擬真實(shí)的世界中尋找和探索，真正地去體驗(yàn)和交互，來更好地理解和領(lǐng)會(huì)這個(gè)知識(shí)點(diǎn)。

1.2 有效性

傳統(tǒng)教育是主要以教師為教學(xué)中心，而學(xué)生處于被動(dòng)狀態(tài)的教學(xué)方式；然而現(xiàn)代教育改革的要求是把課堂交予學(xué)生，將傳統(tǒng)講授方式轉(zhuǎn)變?yōu)閱l(fā)引導(dǎo)式，把老師的教與學(xué)生的學(xué)相結(jié)合。而VR沉浸式教學(xué)技術(shù)則是更好的利用學(xué)生探索未知世界的好奇心，在逼真的虛擬模擬世界中，體會(huì)沉浸式教學(xué)的奧妙，以此來激發(fā)學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)的興趣，使處于被動(dòng)的學(xué)習(xí)者成功轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)習(xí)的主導(dǎo)者。

1.3 多樣性

在我國，許多高校和機(jī)構(gòu)都在從事VR技術(shù)教學(xué)這方面的研究與應(yīng)用，例如：在國內(nèi)外醫(yī)學(xué)院校中，VR技術(shù)可以創(chuàng)建虛擬的人體模型，讓學(xué)習(xí)者很容易的就對(duì)人體內(nèi)部器官結(jié)構(gòu)熟悉掌握；在藝術(shù)院校，藝術(shù)家運(yùn)用VR技術(shù)塑造出更有沉浸感的藝術(shù)環(huán)境，如可以通過視頻界面進(jìn)行動(dòng)作捕捉，并通過具有VR技術(shù)的交互性質(zhì)讓觀眾體驗(yàn)穿越多重器官等實(shí)驗(yàn)；在航天院校等，可以通過VR技術(shù)模擬航天飛行等。

總而言之，VR沉浸式教學(xué)打破了傳統(tǒng)教育的教學(xué)局限性，并在傳統(tǒng)教育的教學(xué)基礎(chǔ)上，彌補(bǔ)學(xué)生在課堂上所缺乏的情景再現(xiàn)，使VR技術(shù)能夠更好的讓學(xué)生突出創(chuàng)新理念和發(fā)散思維。

2 基于VR技術(shù)的課堂教學(xué)模式

通過相關(guān)文獻(xiàn)參考，分析國內(nèi)外與VR沉浸式教學(xué)技術(shù)相關(guān)的案例，通過深究學(xué)者的實(shí)踐與經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合國內(nèi)外高校的實(shí)際情況，就鐘啟泉教授研究總結(jié)出的，基于VR技術(shù)的課堂教學(xué)模式如下圖1所示。

圖1 基于VR技術(shù)的課堂教學(xué)模式

就他而言：學(xué)習(xí)者可以在VR系統(tǒng)中隨時(shí)隨地不管順序的先后獲取知識(shí)信息，教師亦是如此，老師在整個(gè)VR系統(tǒng)中的教學(xué)呈現(xiàn)也不止微課、慕課等這樣的簡單二維呈現(xiàn)，還可以虛擬教學(xué)呈現(xiàn)。我們所研究的VR沉浸式教學(xué)技術(shù)不僅是學(xué)習(xí)者能在虛擬環(huán)境教學(xué)中獲取知識(shí)，也是學(xué)習(xí)者和教師共同參與學(xué)習(xí)交流的平臺(tái)。

3 VR沉浸式技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用

VR沉浸式技術(shù)從醫(yī)學(xué)、藝術(shù)、航天等各方面不同進(jìn)入了日常教學(xué)活動(dòng)中，出現(xiàn)了“虛擬人體模型”、“虛擬實(shí)驗(yàn)室”等新的教育方式，這些方法不僅是教育現(xiàn)代化、信息化的體現(xiàn)，更是教育高科技水平的展示。針對(duì)VR技術(shù)沉浸式教學(xué)的要求不同，我們將對(duì)象分為學(xué)習(xí)者與教導(dǎo)者兩個(gè)角色。

3.1 學(xué)習(xí)者

一個(gè)好的學(xué)習(xí)環(huán)境對(duì)于一個(gè)學(xué)習(xí)者來說有著很大的影響，而傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)環(huán)境禁錮著學(xué)習(xí)者的思維，在接受知識(shí)的過程中學(xué)習(xí)者因?yàn)樗季S的定勢而處于被動(dòng)狀態(tài)，然而VR技術(shù)能夠呈現(xiàn)虛擬的學(xué)習(xí)環(huán)境，特別的虛擬的學(xué)習(xí)環(huán)境也可以動(dòng)態(tài)的呈現(xiàn)不同學(xué)習(xí)情境，為課堂學(xué)習(xí)情境創(chuàng)設(shè)真正的虛擬現(xiàn)實(shí)沉浸感和視覺動(dòng)態(tài)。學(xué)生在學(xué)習(xí)知識(shí)的過程中，不再處于被動(dòng)，在虛擬的學(xué)習(xí)環(huán)境中不斷地研究、實(shí)踐，獲得所需知識(shí)，真正做到自主學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)方式。當(dāng)然學(xué)習(xí)過程也是不受時(shí)間與空間的限制，它是由學(xué)生在自主參與過程中通過思維發(fā)散所產(chǎn)生。

3.2 教師

教師是學(xué)習(xí)者的引導(dǎo)者，同時(shí)也是教學(xué)信息和學(xué)習(xí)信息的實(shí)踐者和傳送者，對(duì)于教師來說，教學(xué)方式的好還影響著學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)思維，因而不同的教師形成不同的教學(xué)模式，但是隨著科技的不斷提高和多媒體的不斷發(fā)展，教學(xué)模式正在不斷革新和發(fā)生變化，教學(xué)模式改變的一個(gè)重點(diǎn)集中在教學(xué)是應(yīng)該以學(xué)生為中心，還是以教師為中心，而VR技術(shù)的出現(xiàn)則很好地解決了這樣的問題。讓學(xué)習(xí)者成為知識(shí)獲取的主體，同時(shí)結(jié)合老師的引導(dǎo)作用充分促使學(xué)習(xí)者在虛擬的學(xué)習(xí)情景中更好的掌握學(xué)習(xí)知識(shí)的技能。

4 VR沉浸式教學(xué)模式在各高校實(shí)行時(shí)需解決的問題

4.1 VR產(chǎn)品的價(jià)格與功能成正比

VR產(chǎn)品功能越豐富，相應(yīng)的價(jià)格也越高，高校引進(jìn)VR產(chǎn)品必會(huì)過高的設(shè)備費(fèi)用，雖VR產(chǎn)品能給學(xué)習(xí)者帶來很好的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，但過高的設(shè)備花費(fèi)必會(huì)帶給學(xué)校以及學(xué)習(xí)者一定的費(fèi)用壓力，從而可能會(huì)使教學(xué)并不能達(dá)到真正的效果。

4.2 VR產(chǎn)品性能不夠完善

學(xué)習(xí)者在虛擬教學(xué)環(huán)境中主要是通過頭來觀察變換的環(huán)境，因此對(duì)畫面的質(zhì)量要求很高，但目前大部分的VR產(chǎn)品分辨率很低，很難使學(xué)習(xí)者沉浸其中，其次畫面延遲所引起的暈眩感、疲勞感。導(dǎo)致腦負(fù)擔(dān)過大，所以縮短延遲時(shí)間和提高分辨率是有待解決的問題。

5 結(jié)束語

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，VR沉浸式技術(shù)在未來發(fā)展中有著重要作用，特別在教育領(lǐng)域中它是一種先進(jìn)教學(xué)方式變革，虛擬的學(xué)習(xí)情景可以帶給學(xué)習(xí)者很好的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，同時(shí)VR產(chǎn)品是一個(gè)強(qiáng)大的資源庫，可以給教學(xué)提供豐富的學(xué)習(xí)資源，從而最大限度地表現(xiàn)出其良好的教學(xué)與資源優(yōu)勢，但面對(duì)現(xiàn)代化進(jìn)程的挑戰(zhàn)以及教學(xué)模式的不斷改變，傳統(tǒng)教學(xué)的學(xué)習(xí)環(huán)境弊端越來越凸顯出來，但隨著VR技術(shù)的不斷成熟，在未來的教育行業(yè)中，VR技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)有著良好的兼容作用，基于VR沉浸式技術(shù)的教學(xué)模式將會(huì)被更多的人接受，真正在意義上實(shí)現(xiàn)VR沉浸式技術(shù)在教學(xué)課堂中的應(yīng)用，從而推動(dòng)VR沉浸式教學(xué)技術(shù)在教育界的發(fā)展。

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Research and Promotion of Immersive Teaching Based on VR Technology

WU Yan1,2*, LIU Zhuo1,2, LIU Meng1,2, HU Weidan1,2, PENG Lianghuai1,2

(1.Department of Mathematics and Computer Science, Guizhou Education University, Guizhou Guiyang, 550018, China; 2.Big Data Science and Intelligent Engineering Research Institute, Guizhou Education University, Guizhou Guiyang, 550018, China)

Immersive teaching based on VR technology is to use VR virtual reality simulation technology to eliminate the cognitive obstacle in time and space, and to create a kind of interaction between teachers and students that is completely different from the traditional teaching. To enrich the student's knowledge structure, and allow students to be more interested in learning in the simulation. Based on the analysis of the development trend of VR immersive teaching at home and abroad, the VR technology is applied to classroom teaching to break the traditional teaching, so as to promote the research and popularization of immersive teaching based on VR technology and put forward the reform and development superiority of future education.

VR technology; immersive teaching; classroom teaching

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2018.01.066

TP391

A

1672-9129(2018)01-0160-02

吳艷, 劉卓, 劉夢(mèng), 等. 基于VR技術(shù)的沉浸式教學(xué)的效果研究和推廣[J]. 數(shù)碼設(shè)計(jì), 2018, 7(1): 160-161.

WU Yan, LIU Zhuo, LIU Meng, et al. Research and Promotion of Immersive Teaching Based on VR Technology[J]. Peak Data Science, 2018, 7(1): 160-161.

2017-10-22；

2017-12-19。

貴州省2017年大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：201714223026）。

吳艷（1995-），性別女，漢族，貴州省大方縣人，在校就讀。E-mail:2209282216@qq.com